Які старі астрономічні інструменти використовували люди. Астролябія – це давній астрономічний інструмент. Стародавній сонячний годинник

Спробуйте уявити себе ролі стародавнього спостерігача Всесвіту, повністю позбавленого будь-яких інструментів. Чи багато у такому разі можна побачити на небі?

Вдень зверне на себе увагу рух Сонця, його схід, підйом до максимальної висоти та повільне сходження до горизонту. Якщо такі спостереження повторювати з кожним днем, можна легко помітити, що точки сходу і заходу, а також найбільша кутова висота Сонця над горизонтом безперервно змінюються. При тривалих спостереженнях переважають у всіх цих змін можна помітити річний цикл - основу календарного літочислення.

Вночі небо набагато багатше й за об'єкти і події. Око легко розрізнить візерунки сузір'їв, неоднакові яскравість та забарвлення зірок, поступова протягом року зміна виду зоряного неба. Особливу увагуприверне Місяць з його мінливістю зовнішньої форми, сіруватими постійними плямами на поверхні та дуже складним рухом на тлі зірок. Менш помітні, але, безсумнівно, привабливі планети - ці яскраві «зірки», що блукають немиготливими, часом описують на тлі зірок загадкові петлі.

Спокійна, звична картина нічного неба може бути порушена спалахом «нової» яскравої незнайомої зірки, появою хвостатої комети чи яскравого боліда, чи, нарешті, «падінням зірок». Всі ці події, безсумнівно, збуджували інтерес давніх спостерігачів, але про справжні причини вони мали жодного уявлення. Спочатку потрібно було вирішити більш просте завдання - помітити циклічність в небесних явищах і по цих небесних циклах створити перші календарі.

Очевидно, першими це зробили єгипетські жерці, коли приблизно за 6000 років донині вони зауважили, що ранкова поява Сиріуса в променях зорі збігається з розливом Нілу. Для цього не потрібні були астрономічні інструменти - була потрібна лише велика спостережливість. Натомість і помилка в оцінці тривалості року була великою – перший єгипетський сонячний календар містив у році 360 діб.

Рис. 1. Найпростіший гномон.

Потреби практики змушували давніх астрономів удосконалювати календар, уточнювати тривалість року. Належало розібратися і в складному русі Місяця - без цього рахунок часу по Місяцю був би неможливий. Треба було уточнити особливості руху планет та скласти перші зіркові каталоги. Усі перелічені завдання передбачають кутові виміри на небі, числові характеристикитого, що досі описувалося лише словами. Так виникла потреба в кутомірних астрономічних інструментах.

Найдавніший з них гномон (Рис. 1). У найпростішому варіанті він є вертикальним стрижнем, що відкидає тінь на горизонтальну площину. Знаючи довжину гномону L і вимірявши довжину I тіні, що відкидається їм, можна знайти кутову висоту h Сонця над горизонтом за сучасною формулою:

Стародавні використовували гномони для вимірювання південної висоти Сонця у різні дні року, а головне у дні сонцестоянь, коли ця висота досягає екстремальних значень. Нехай південна висота Сонця в день літнього сонцестояння дорівнює Н, а в день зимового сонцестояння h. Тоді кут? між небесним екватором та екліптикою дорівнює

а нахил площини небесного екватора до горизонту, що дорівнює 90°-?, де? - широта місця спостереження, що обчислюється за формулою

З іншого боку, уважно стежачи за довжиною полуденної тіні, можна досить точно помітити, коли вона стає найдовшою або найкоротшою, тобто інакше кажучи, зафіксувати дні сонцестоянь, а отже, і тривалість року. Звідси легко вирахувати і дати сонцестояння.

Таким чином, незважаючи на простоту, гномон дозволяє вимірювати дуже важливі в астрономії величини. Ці вимірювання будуть тим точніше, чим більший гномон і чим, отже, довше (за інших рівних умов) тінь, що відкидається ним. Так як кінець тіні, що відкидається гномоном, не буває різко окреслений (через півтіні), то на деяких древніх гномонах зверху зміцнювали вертикальну пластинку з круглим маленьким отвором. Сонячні промені, пройшовши крізь цей отвір, створювали чіткий сонячний відблиск на горизонтальній площині, від якого вимірювали відстань до основи гномона.

Ще за тисячу років до нашої ери в Єгипті було збудовано гномон у вигляді обеліска заввишки 117 римських футів. За царювання імператора Августа гномон перевезли до Риму, встановили на Марсовому полі і визначали за його допомогою момент півдня. На Пекінській обсерваторії у XIII столітті зв. е. було встановлено гномон заввишки 13 м,а знаменитий узбецький астроном Улугбек (XV століття) користувався гномоном, за деякими відомостями, заввишки 55 м.Найвищий гномон працював у XV столітті на куполі Флорентійського собору. Разом із будинком собору його висота досягала 90 м.

До найдавніших кутомірних інструментів належить також астрономічний посох (рис. 2).

Рис. 2. Астрономічний палиця (зліва вгорі) і трикветр (праворуч). Зліва внизу креслення, що пояснює принцип дії астрономічного палиці.

Уздовж градуйованої лінійки АВпереміщалася рухома рейка CD,на кінцях якої іноді зміцнювали невеликі стрижні – візири. У деяких випадках візир з отвором був і на тому кінці лінійки АВ,до якого спостерігач прикладав своє око (крапка а).За положенням рухомої рейки щодо ока спостерігача можна було судити про висоту світила над горизонтом, або про вугілля між напрямками на дві зірки.

Стародавні грецькі астрономи користувалися так званим триквітом,що складається з трьох з'єднаних разом лінійок (рис. 2). До вертикальної нерухомої лінійки АВна шарнірах прикріплені лінійки НДі АС.На першій з них укріплено два візири або діоптри. mі п.Спостерігач спрямовує лінійку НДна зірку так, щоб зірка одночасно була видна крізь обидва діоптри. Потім, утримуючи лінійку НДу цьому положенні, до неї прикладають лінійку АСтаким чином, щоб відстань ВАі НДбули рівні між собою. Це було легко зробити, тому що на всіх трьох лінійках, що складає триквіт, були поділу однакової шкали. Вимірявши за цією шкалою довжину хорди АС,спостерігач потім за спеціальними таблицями знаходив кут ABC,тобто зенітна відстань зірки.

Рис. 3. Стародавній квадрант.

І астрономічний палиця і трикветр не могли забезпечити високу точністьвимірів, і тому їм нерідко вважали за краще квадранти- Кутомірні інструменти, що досягли до кінця середньовіччя високого ступеня досконалості. У найпростішому варіанті (рис. 3) квадрант є плоскою дошкою у формі чверті градуйованого кола. Біля центру з цього кола обертається рухома лінійка із двома діоптрами (іноді лінійку замінювали трубкою). Якщо площина квадранта вертикальна, то за положенням труби або візирної лінійки, спрямованих на світило, легко виміряти висоту світила над горизонтом. У тих випадках, коли замість чверті кола використовували його шосту частину, інструмент називався секстантом,а якщо восьму частину - октантом.Як і в інших випадках, чим більшим був квадрант або секстант, чим точніше було його градуювання та встановлення у вертикальній площині, тим більше точні вимірювання з ним можна було виконувати. Для забезпечення стійкості та міцності великі квадранти зміцнювали на вертикальних стінах. Такі стінні квадранти ще у XVIII столітті вважалися найкращими кутомірними інструментами.

До того ж типу інструментів, як і квадрант, відноситься астролябіяабо астрономічне кільце (рис. 4). Розділене на градуси металеве коло підвішується до якоїсь опори за кільце. А.У центрі астролябії укріплена алідада - лінійка, що обертається, з двома діоптрами. За становищем алідади, спрямованої на світило, легко відраховується його кутова висота.

Рис. 4. Давня (праворуч) та саморобна астролябія.

Часто стародавнім астрономам доводилося вимірювати не висоти світил, а кути між напрямками на два світила, наприклад, планету і якусь із зірок). Для цього дуже зручний був універсальний квадрант (рис. 5а). Цей інструмент забезпечений двома трубками - діоптрами, з яких одна ( АС) нерухомо скріплювалася з дугою квадранта, а друга (ВС) оберталася довкола його центру. Головна ж особливість універсального квадранта – його штатив, за допомогою якого квадрант можна було фіксувати у будь-якому положенні. При вимірах кутової відстані від зірки до планети нерухомий діоптр прямував на зірку, а рухливий - планету. Відлік за шкалою квадранта давав шуканий кут.

Широкого поширення у давній астрономії набули армілярні сфери, або армили (Рис. 56). По суті, це були моделі небесної сфери з її найважливішими точками та колами – полюсами та віссю світу, меридіаном, горизонтом, небесним екватором та екліптикою. Нерідко армили доповнювалися малими колами – небесними паралелями та іншими деталями. Майже всі кола були градуйовані і сфера могла обертатися навколо осі світу. У ряді випадків робився рухливим і меридіан - нахил осі світу можна було змінювати відповідно до географічної широти місця.

Рис. 5а. Універсальний квадрант.

З усіх стародавніх астрономічних інструментів армили виявилися найживішими. Ці моделі небесної сфери і зараз можна купити в магазинах наочних посібників, і вони використовуються на заняттях з астрономії для вирішення різних завдань. Також застосовували невеликі армили і древні астрономи. Що ж до великих армил, то вони були пристосовані для кутових вимірів на небі.

Армілла насамперед жорстко орієнтувалася так, щоб її горизонт лежав у горизонтальній площині, а меридіан – у площині небесного меридіана. При спостереженнях з сферою армілярної очей спостерігача поєднували з її центром. На осі світу зміцнювали рухоме коло відміни з діоптрами і в ті моменти, коли крізь ці діоптри була видна зірка, відраховували по поділу кіл армили координати зірки - її годинний кут і відмінювання. При деяких додаткових пристроях за допомогою армілл вдавалося вимірювати безпосередньо і прямі сходження зірок.

Рис. 56. Армілярна сфера.

На будь-якій сучасній обсерваторії є точний годинник. Був годинник і на древніх обсерваторіях, але вони і за принципом дії і точно відрізнялися від сучасних. Найдавніші з годинників - сонячні. Їх вживали ще багато століть до нашої ери.

Найпростіший із сонячного годинника - екваторіальний (рис. 6, а). Вони складаються із стрижня, спрямованого до Полярної зірки (точніше, до північного полюса світу), та перпендикулярного до нього циферблата, розділеного на години та хвилини. Тінь від стрижня виконує роль стрілки, причому шкала на циферблаті рівномірна, тобто всі вартові (і, звичайно, хвилинні) поділу рівні між собою. У екваторіального сонячного годинника є суттєва вада - вони показують час лише в період з 21 березня до 23 вересня, тобто коли Сонце знаходиться над небесним екватором. Можна, звичайно, зробити двосторонній циферблат і зміцнити ще один нижній стрижень, але від цього екваторіальний годинник навряд чи стане зручнішим.

Рис. 6. Екваторіальний (ліворуч) і горизонтальний сонячний годинник.

Найбільш уживані горизонтальні сонячні годинники (рис. 6, 6). Роль стрижня в них зазвичай виконує трикутна платівка, верхня сторонаякою спрямована на північний полюс світу. Тінь від цієї платівки падає на горизонтальний циферблат, годинникові поділки якого цього разу не рівні між собою (рівні лише попарно годинникові поділки, симетричні щодо полуденної лінії). Для кожної широти оцифрування циферблату такого годинника різне. Іноді замість горизонтального вживали вертикальний циферблат (настінний сонячний годинник) або циферблати особливої ​​складної форми.

Найбільший сонячний годинник був побудований на початку XVIII століття в Делі. Тінь від трикутної стіни, вершина якої має висоту 18 м,падає на оцифровані мармурові дуги з радіусом близько 6 м.Цей годинник справно діє досі і показує час з точністю до однієї хвилини.

Весь сонячний годинник має дуже великий недолік - в похмуру погоду і ночами вони не працюють. Тому поряд із сонячним годинником стародавні астрономи вживали також пісочний годинникі водяний годинник, або клепсидри. І в тих і в інші часи, по суті, вимірюється рівномірним рухом піску або води. Невеликий пісочний годинник зустрічається досі, клепсидри ж поступово вийшли з вживання ще в XVII столітті після того, як був винайдений високоточний механічний маятниковий годинник.

Як зовні виглядали стародавні обсерваторії?

<<< Назад

Вперед >>>

Небесні світила цікавили людей з незапам'ятних часів. Ще до революційних відкриттів Галілея та Коперника астрономи робили неодноразові спроби з'ясувати закономірності та закони руху планет та зірок і використовували для цього спеціальні інструменти.
Інструментарій стародавніх астрономів був настільки складний, що сучасним вченим знадобилися роки, щоб розібратися в їхньому пристрої.

1. Календар з Уоррен Філда
Хоча дивні поглиблення на полі Уоррен виявили з повітря ще 1976 року, тільки 2004 року було визначено, що це стародавній місячний календар. Як вважають науковці, знайдений календар близько 10 000 років.
Він виглядає як 12 заглиблень, розташованих по дузі 54 метри. Кожна лунка синхронізована з місячним місяцем у календарі, причому з поправкою на місячну фазу.
Дивно також те, що календар в Уоррен Філд, побудований за 6000 років до Стоунхенджа, орієнтований на точку сонячного сходу в день зимового сонцестояння.

2. Секстант Аль-Худжанді у розписі
Збереглося дуже мало відомостей про Абу Махмуд Хамід ібн аль-Хідр Аль-Худжанді, крім того, що він був математиком та астрономом, який жив на території сучасних Афганістану, Туркменістану та Узбекистану. Також відомо, що він створив один із найбільших астрономічних інструментів у 9-10 століттях.
Його секстант було зроблено у вигляді фрески, розташованої на 60-градусній дузі між двома внутрішніми стінами будівлі. Ця величезна 43-метрова дуга була поділена на градуси. Мало того, кожен градус був з ювелірною точністю розділений на 360 частин, що зробило фреску точним сонячним календарем.
Над дугою Аль-Худжанді розташовувалась куполоподібна стеля з отвором посередині, крізь яке сонячні промені падали на стародавній секстант.

3. Вольвелли та зодіакальна людина
У Європі на рубежі 14-го століття вченими та лікарями використовувався досить дивний різновид астрономічних інструментів – вольвели. Вони виглядали як кілька круглих аркушів пергаменту з діркою в центрі, накладені один на одного.
Це дозволяло переміщати кола, щоб розрахувати всі необхідні дані - від фаз Місяця до становища Сонця Зодіаку. Архаїчний гаджет крім своєї основної функції також був символом статусу – тільки найбагатші люди могли мати вольвелу.
Також середньовічні лікарі вірили, що кожна частина людського тілакерується своїм сузір'ям. Наприклад, голову відповідав Овен, а й за геніталії – Скорпіон. Тому для діагностування лікарі використовували вольвели, щоб розрахувати поточне положення Місяця та Сонця.
На жаль, вольвели були досить крихкими, тому збереглися лише небагато з цих стародавніх астрономічних інструментів.

4. Стародавній сонячний годинник
Сьогодні сонячний годинник служить хіба що для прикраси садових галявин. Але колись вони були необхідні для відстеження часу та руху Сонця небом. Один із найстаріших сонячних годинників був знайдений у Долині царів у Єгипті.
Вони датуються 1550 – 1070 роками до н.е. і є круглий шматок вапняку з намальованим на ньому півколом (розділеним на 12 секторів) і отвором у середині, в який вставлявся стрижень, що відкидає тінь.
Незабаром після виявлення єгипетського сонячного годинника, подібних було знайдено в Україні. Вони були поховані з людиною, яка померла 3200 - 3300 років тому. Завдяки українським годинникам вчені дізналися, що цивілізація Зрубна мала знання геометрії і вміла вираховувати широту і довготу.

5. Небесний диск із Небри
Названий на ім'я німецького міста, де його знайшли в 1999 році, «небесний диск з Небри» є найстарішим зображенням космосу, коли-небудь знайденим людиною. Диск був похований поруч із долотом, двома сокирами, двома мечами та двома кольчужними наручами близько 3600 років тому.
На бронзовому диску, вкритому шаром патини, були золоті вставки, що зображають Сонце, Місяць та зірки з сузір'їв Оріон, Андромеда та Кассіопея. Ніхто не знає, хто зробив диск, але розташування зірок говорить про те, що творці були розташовані на тій самій широті, що і Небра

6. Астрономічний комплекс Чанкільйо
Стародавня астрономічна обсерваторія Чанкільо в Перу є настільки складною, що її справжнє призначення було виявлено лише у 2007 році за допомогою комп'ютерної програмидля вирівнювання панелей сонячних батарей.
13 веж комплексу збудовані по прямій лінії завдовжки 300 метрів уздовж пагорба. Спочатку вчені думали, що Чанкільйо - фортифікаційні споруди, але для форту це було неймовірно погане місце, оскільки в ньому не було ні оборонних переваг, ні проточної води, ні джерел прожитку.
Але потім археологи зрозуміли, що одна з веж дивиться на точку сходу сонця при літньому сонцестоянні, а інша - на точку сходу сонця при зимовому сонцестоянні. Побудовані близько 2300 років тому вежі є найстарішою сонячною обсерваторією в Америці. За цим давнім календарем досі можна визначити день року з максимум дводенною похибкою.
На жаль, величезний сонячний календар із Чанкільйо – це єдиний слід цивілізації будівельників цього комплексу, які передували інкам більш ніж на 1000 років.

7. Зірковий атлас Гігіна
Зірковий атлас Гігіна, також відомий як «Poetica Astronomica», був одним з перших творів із зображеннями сузір'їв. Хоча авторство атласу спірне, він іноді приписується Гаю Юлію Гігіну (римському письменнику, 64 р. до н.е. – 17 р. н.е.). Інші стверджують, що робота має схожість із працями Птолемея.
У будь-якому випадку, коли Poetica Astronomica була перевидана в 1482 році, вона стала першим друкованим твором, в якому були показані сузір'я, а також міфи, зв'язкові з ними.
У той час як інші атласи надавали більш конкретну математичну інформацію, яка могла бути використана для навігації, Poetica Astronomica була більш химерною, літературною інтерпретацією зірок та їхньою історією.

8. Небесний глобус
Небесний глобус з'явився ще тоді, коли астрономи вважали, що зірки рухаються небом навколо Землі. Небесні глобуси, які були створені, щоб відобразити цю небесну сферу, почали створювати ще давні греки, а перший глобус у формі, аналогічній сучасним глобусам, створили німецький вчений Йоханнес Шенер.
На даний момент збереглися лише два небесні глобуси Шенера, які є справжніми витворами мистецтва, що зображають сузір'я в нічному небі. Найстаріший приклад небесного глобуса, що зберігся, датується близько 370 р. до н.е.

9. Армілярна сфера
Армілярна сфера – астрономічний інструмент, у якому кілька кілець оточують центральну точку – була далеким родичем небесного глобуса.
Існували два різні типи сфер - спостережна та демонстраційна. Першим із вчених, хто використовував подібні сфери, був Птолемей.
За допомогою цього інструмента можна було визначити екваторіальні чи екліптичні координати небесних тіл. Поряд з астролябією армілярна сфера використовувалася моряками для навігації протягом багатьох століть.

10. Ель-Караколь, Чічен-Іца
Обсерваторія Ель-Караколь у Чичен-Іці була побудована між 415 та 455 р. н.е. Обсерваторія була дуже незвичайною - в той час як більшість астрономічних інструментів були налаштовані на спостереження за рухом зірок або Сонця, Ель-Караколь (у перекладі "равлик") була побудована для спостереження за рухом Венери.
Для майя Венера була священна - буквально все в їхній релігії ґрунтувалося на культі цієї планети. Ель-Караколь, крім того, що був обсерваторією, також була храмом бога Кетцалькоатля.

Найдавніші астрономічні інструменти

Вся історія астрономії пов'язані з створенням інструментів, дозволяють підвищити точність астрономічних спостережень. Першими з'явилися кутомірні інструменти.

Найдавніший кутомірний інструмент – це гномон. Він використовувався визначення висоти Сонця над горизонтом і був вертикальний стовп на горизонтальній площадці. За допомогою такого найпростішого пристрою можна було відзначати дні сонцестоянь, а значить, фіксувати тривалість року. Чим гномон вищий, тим довша тінь, що відкидається ним, тим точніше виміру.

Астрономічний посох використовувався визначення положення світил над горизонтом. Він був дві схрещені лінійки з укріпленими на кінцях однієї з них стрижнями - візирами. Ця лінійка переміщалася вздовж поділів щодо ока спостерігача, і за її становищем можна було судити про висоту світила та вугілля між напрямками на дві зірки.

Армілла - стародавній астрономічний інструмент для вимірювання кутів на небесній сфері, що складався з рухомих кілець, що зображували різні кола небесної сфери.

Найбільшу точність вимірів давав квадрант - чверть градуйованого кола з рухомою лінійкою. Якщо замість чверті використовували шосту частину кола, то інструмент називався секстант, а якщо восьму – октант. Чим більшим був інструмент, чим точніше було його градуювання та встановлення у вертикальній площині, тим більше точні вимірювання можна було з ним виконати.

Астролябія відноситься до того ж типу інструментів. Моделью небесної сфери з її найважливішими точками та колами, меридіаном, горизонтом, полюсами та віссю світу, екліптикою служила армілярна сфера, чи просто армила. Її як наочний посібник використовують і досі на навчальних заняттях з астрономії.

Стародавні астрономи вміли вимірювати як координати світил, а й час їх перебування у тій чи іншій точці небесної сфери.

Найдавніший годинник - сонячний. Вони складаються із стрижня, спрямованого до Полярної зірки, та циферблату, розділеного на години та хвилини. Тінь від стрижня виконувала роль стрілки. За допомогою такого годинника можна було визначати час з точністю до хвилини, але, на жаль, у похмуру погоду вони "не працювали". Тому вживали пісочний і водяний годинник, де час вимірювався рівномірним рухом піску або води.

ПЕРШІ ТЕЛЕСКОПИ

Телескопи - астрономічні оптичні прилади, призначені для спостереження небесних тіл. Перші були двох видів - лінзові, чи рефрактори, і дзеркальні, чи рефлектори. У рефракторів об'єктив, що збирає світлові промені, виготовлений зі скляних лінз, а у рефлекторів об'єктивом служить увігнуте дзеркало.

Наразі ім'я першого винахідника телескопа не встановлено. Із цього приводу існує дві версії. Деякі дослідники віддають пальму першості голландському оптику і торговцю скляними лінзами для окулярів Захарію Янсену, щоправда, із застереженням, що той, створюючи на початку XVII століття прилад-дальновидець (так з грецької перекладається слово "телескоп"), лише скористався ідеєю невідомого італійського винаходу знімаючи з оригіналу копію. Інші вважають, що перші згадки про прилад, пізніше названий телескопом, зустрічаються в англійського мислителя, доктора богослов'я Паризького університету Рое-Жера Бекона (1214-1292), і що саме він є його першовідкривачем.

Першим ученим, який провів астрономічні дослідження за допомогою телескопа-рефрактора, був італійський вчений Галілео Галілей (1564-1642). Дізнавшись у 1609 році про винайдений у Голландії прилад-далекоглядець, він самостійно сконструював зорову трубу зі свинцю з двома скляними лінзами - плоско-опуклим об'єктивом і плоско-увігнутим окуляром. Вона давала пряме уявне зображення. Збільшення труби (спочатку в 3 рази) вчений довів до 32-х разів і того ж року вперше застосував цей інструмент для спостереження неба.

Перші телескопи-рефрактори, що мали лінзові об'єктиви, давали нечітке зображення, пофарбоване райдужним ореолом. У їхньому вдосконаленні велика заслуга належить німецькому астроному та математику Йоганну Кеплеру (1571 - 1630). У своєму творі "Діоптрика" (1611) він розробив схему астрономічної труби з двоопуклим об'єктивом і окуляром (труба Кеплера, що дає дійсне зворотне зображення предмета). Ця схема є основою сучасних рефракторів.

Перший телескоп-рефлектор з'явився 1668 року. Його конструкцію розробив англійський вчений Ісаак Ньютон (1643-1727), який до цього робив неодноразові спроби вдосконалити об'єктиви для телескопів-рефракторів. Рефлектор Ньютона (довжина – 15 см, діаметр гладкого дзеркала – 2,5 см) був вільний від багатьох оптичних недоліків, властивих рефракторам; з його допомогою можна було бачити супутники Юпітера. За свій винахід ученого було обрано членом Лондонського королівського товариства (1672).

Удосконаленням телескопів-рефлекторів займався російський учений-енциклопедист Михайло Ломоносов (1711 - 1765). Він винайшов відбивний телескоп-рефлектор із похилим (на 4°) дзеркалом, що давало яскраве зображення об'єкта. Поряд із цим, Ломоносов був першим астрономом, який сконструював і створив прообраз сучасного горизонтального телескопа з сидеростатом (рухомим дзеркалом, за допомогою якого світло від небесних об'єктів прямує у нерухому астрономічну трубу). Винахідливість допомагала російському вченому створювати прилади для орієнтації зірок при точному вимірі часу. Він сам навчав моряків та штурманів. Винайшов навіть "ночозору трубу" для спостереження за кораблями вночі та різними небесними явищами.

Особливо великих успіхів у спорудженні телескопів-рефлекторів досяг великий англійський астроном і конструктор Вільям Гершел (1738 - 1822). Поступово збільшуючи діаметри дзеркал, що виготовляються, він у 1789 році відшліфував для свого телескопа найбільше дзеркало з робочим діаметром 122 см (повний діаметр дзеркала дорівнював 147 см, а вага - 2 т). На той час це був найбільший у світі рефлектор. Конструкція рефлектора Гершеля, спорудженого на відкритому майданчику, була також дуже вражаючою: гігантська труба довжиною 12 м приводилася в рух за допомогою системи канатів та блоків. Спостерігач піднімався приставними сходами до верхнього кінця труби і, стоячи на маленькому майданчику, терпляче ловив слабкі промені, що прилітали з далекого Всесвіту. Унікальний рефлектор Гершеля залишався неперевершеним майже до середини XIX століття, коли з'явився ще більший дзеркальний телескоп (з фокусною відстанню понад 18 м і діаметр дзеркала 183 см) англійського астронома Вільяма Пар-сонса (1800-1867).

ПЕРШІ АСТРОНОМІЧНІ ОБСЕРВАТОРІЇ

Створення перших астрономічних обсерваторій (тобто установ, у яких ведуться систематичні спостереження за небесними світилами і явищами), втрачається в давнину. Вони існували в Єгипті, Вавилоні, Ассирії, Персії, Індії та деяких інших державах ще за кілька тисячоліть до нашої ери.

Найдавнішу обсерваторію виявлено на території Республіки Вірменія біля пагорба Мецамор поблизу Єревана. На думку археологів, ця обсерваторія була побудована понад п'ять тисяч років тому, задовго до утворення Урарту - потужної держави древнього світу.

До найдавніших обсерваторій у світі фахівці відносять комплекс споруд, розташований на території американського штату Луїзіана в середній частині річки Міссісіпі (II тис. до н.е.). Він складається із шести восьмигранників правильної форми, розділених чотирма радіальними проходами, причому дві будівлі розташовані на місцях, що відповідають напрямкам заходу Сонця в дні зимового та літнього сонцестояння.

На думку багатьох фахівців, до найдавніших обсерваторій відносяться і знамениті на весь світ руїни Стоунхенджа. Ця споруда була побудована приблизно у II - III тисячолітті до нашої ери в містечку, розташованому посередині Солсберійського плоскогір'я за 128 км від Лондона. По зовнішньому колу Стоунхенджа (що у буквальному значенні слова означає "висять камені") височіють 30 кам'яних стовпів блакитного кольору заввишки близько 5,5 м кожен, верхні грані яких пов'язані між собою потужним кам'яним ланцюгом. Усередині цієї древньої фортеці знаходиться величезна брила, збудована з ще більш гігантських стовпів (висота їх – 8,5 м, а маса – 50 т). За формою вона нагадує підкову. Крім зовнішнього "кільця" та головної "підкови" у внутрішній частині споруди викладено ще кілька дрібніших, розташованих у суворій послідовності одна всередині іншої. Прийнято вважати, що у Стоунхенджі стародавні спостерігачі могли визначати дні весняного та осіннього рівнодення, а також зимового та літнього сонцестояння.

Одна з перших постійно діючих обсерваторій була побудована в Китаї (XII століття до н.е.). Вона була баштою з майданчиком нагорі, призначеної для розміщення переносних кутомірних інструментів. Астрономи Стародавнього Китаю ввели у вжиток сонячні та місячні календарі, складали зіркові каталоги, виготовили зоряний глобус, акуратно реєстрували появу комет, спалахи яскравих зірок. Ці спостереження, відомості про які прийшли із глибини століть, цінні й для сучасної астрономії. Крім того, стародавні китайські астрономи першими відкрили плями на Сонці, про що зроблено запис в одному з китайських літописів.

Грандіозна споруда була чудовою обсерваторією, побудованою на околиці древнього Самарканда султаном Улуг-беком (1394-1449). Це була циліндрична триповерхова будівля з безліччю вікон та приміщень. У центрі будівлі був широкий проріз, розташований по меридіану, в якому розташовувався головний кутомірний інструмент обсерваторії - велетенський секстант. Розміри його величезні - радіус дуги більше 40 м. Візири інструменту пересувалися спеціальними рейками, і з їхньою допомогою фіксувався напрямок на небесне світило. Поряд з основним вимірювальним інструментом Улугбек та його помічники використовували при астрономічних спостереженнях та переносні кутомірні прилади. В обсерваторії Улугбека вперше було виміряно найважливішу астрономічну величину - нахил екліптики до екватора, складено знаменитий зоряний каталог, що містить положення на небі 1018 зірок (протягом тривалого часу він вважався найкращим у світі), визначено географічні координати різних місць у Середній Азії. Улугбеком написано теорію затемнень. Про нього Алішер Навої говорив, що він "протягнув руку до наук і досяг багато. Перед його очима небо стало близьким і опустилося вниз". Просвітницька та наукова діяльністьнастільки незвичайного для середньовічного Сходу імператора викликала ненависть мусульманських фанатиків. Улугбека було вбито, загинула і його прекрасна обсерваторія. Нині вона частково відновлена ​​та перетворена на музей.

Астрономічні обсерваторії сучасного типу з'явилися торік у XVII столітті після винаходу телескопа. Найпершими серед них були Паризька (1667) і Грінвічська (1675), яка досі вважається однією з найбільших обсерваторій світу. Поруч із кутомірними інструментами у цих обсерваторіях використовувалися великі телескопи-рефрактори. До кінця XVIII століття державні обсерваторії функціонували в усьому світі та їх кількість досягла 100, а до кінця XIX століття таких обсерваторій було вже близько 400.

Небесні світила цікавили людей з незапам'ятних часів. Ще до революційних відкриттів Галілея та Коперника астрономи робили неодноразові спроби з'ясувати закономірності та закони руху планет та зірок і використовували для цього спеціальні інструменти.

Інструментарій стародавніх астрономів був настільки складний, що сучасним вченим знадобилися роки, щоб розібратися в їхньому пристрої.

Хоча дивні поглиблення на полі Уоррен виявили з повітря ще 1976 року, тільки 2004 року було визначено, що це давній місячний календар. Як вважають науковці, знайдений календар близько 10 000 років.

Він виглядає як 12 заглиблень, розташованих по дузі 54 метри. Кожна лунка синхронізована з місячним місяцем у календарі, причому з поправкою на місячну фазу.

Дивно також те, що календар в Уоррен Філд, побудований за 6000 років до Стоунхенджа, орієнтований на точку сонячного сходу в день зимового сонцестояння.

2. Секстант Аль-Худжанді у розписі

Збереглося дуже мало відомостей про Абу Махмуд Хамід ібн аль-Хідр Аль-Худжанді, крім того, що він був математиком та астрономом, який жив на території сучасних Афганістану, Туркменістану та Узбекистану. Також відомо, що він створив один із найбільших астрономічних інструментів у 9-10 століттях.

Його секстант було зроблено у вигляді фрески, розташованої на 60-градусній дузі між двома внутрішніми стінами будівлі. Ця величезна 43-метрова дуга була поділена на градуси. Мало того, кожен градус був з ювелірною точністю розділений на 360 частин, що зробило фреску точним сонячним календарем.

Над дугою Аль-Худжанді розташовувалась куполоподібна стеля з отвором посередині, крізь яке сонячні промені падали на стародавній секстант.

3. Вольвелли та зодіакальна людина

У Європі на рубежі 14-го століття вченими та лікарями використовувався досить дивний різновид астрономічних інструментів – вольвели. Вони виглядали як кілька круглих аркушів пергаменту з діркою в центрі, накладені один на одного.

Це дозволяло переміщати кола, щоб розрахувати всі необхідні дані від фаз Місяця до положення Сонця в Зодіаку. Архаїчний гаджет крім своєї основної функції також був символом статусу – тільки найбагатші люди могли мати вольвелу.

Також середньовічні лікарі вірили, що кожна частина людського тіла керується своїм сузір'ям. Наприклад, голову відповідав Овен, а й за геніталії – Скорпіон. Тому для діагностування лікарі використовували вольвели, щоб розрахувати поточне положення Місяця та Сонця.

На жаль, вольвели були досить крихкими, тому збереглися лише небагато з цих стародавніх астрономічних інструментів.

4. Стародавній сонячний годинник

Сьогодні сонячний годинник служить хіба що для прикраси садових галявин. Але колись вони були необхідні для відстеження часу та руху Сонця небом. Один із найстаріших сонячних годинників був знайдений у Долині царів у Єгипті.

Вони датуються 1550 - 1070 роками до н. і є круглий шматок вапняку з намальованим на ньому півколом (розділеним на 12 секторів) і отвором у середині, в який вставлявся стрижень, що відкидає тінь.

Незабаром після виявлення єгипетського сонячного годинника, подібних було знайдено в Україні. Вони були поховані з людиною, яка померла 3200 — 3300 років тому. Завдяки українським годинникам вчені дізналися, що цивілізація Зрубна мала знання геометрії і вміла вираховувати широту і довготу.

5. Небесний диск із Небри

Названий на ім'я німецького міста, де його знайшли в 1999 році, «небесний диск з Небри» є найстарішим зображенням космосу, коли-небудь знайденим людиною. Диск був похований поруч із долотом, двома сокирами, двома мечами та двома кольчужними наручами близько 3600 років тому.

На бронзовому диску, вкритому шаром патини, були золоті вставки, що зображають Сонце, Місяць та зірки з сузір'їв Оріон, Андромеда та Кассіопея. Ніхто не знає, хто зробив диск, але розташування зірок говорить про те, що творці були розташовані на тій самій широті, що й Небра.

6. Астрономічний комплекс Чанкільйо

Давня астрономічна обсерваторія Чанкільо в Перу є настільки складною, що її справжнє призначення було виявлено лише у 2007 році за допомогою комп'ютерної програми, призначеної для вирівнювання сонячних панелей.

13 веж комплексу збудовані по прямій лінії завдовжки 300 метрів уздовж пагорба. Спочатку вчені думали, що Чанкільйо - фортифікаційні споруди, але для форту це було неймовірно погане місце, оскільки в ньому не було ні оборонних переваг, ні проточної води, ні джерел прожитку.

Але потім археологи зрозуміли, що одна з веж дивиться на точку сходу сонця при літньому сонцестоянні, а інша - на точку сходу сонця при зимовому сонцестоянні. Побудовані близько 2300 років тому вежі є найстарішою сонячною обсерваторією в Америці. За цим давнім календарем досі можна визначити день року з максимум дводенною похибкою.

На жаль, величезний сонячний календар із Чанкільйо – це єдиний слід цивілізації будівельників цього комплексу, які передували інкам більш ніж на 1000 років.

7. Зірковий атлас Гігіна

Зірковий атлас Гігіна, також відомий як «Poetica Astronomica», був одним з перших творів із зображеннями сузір'їв. Хоча авторство атласу спірне, він іноді приписується Гаю Юлію Гігін (римському письменнику, 64 р. до н.е. - 17 р. н.е.). Інші стверджують, що робота має схожість із працями Птолемея.

У будь-якому випадку, коли Poetica Astronomica була перевидана в 1482 році, вона стала першим друкованим твором, в якому були показані сузір'я, а також міфи, зв'язкові з ними.

У той час як інші атласи надавали більш конкретну математичну інформацію, яка могла бути використана для навігації, Poetica Astronomica була більш химерною, літературною інтерпретацією зірок та їхньою історією.

8. Небесний глобус

Небесний глобус з'явився ще тоді, коли астрономи вважали, що зірки рухаються небом навколо Землі. Небесні глобуси, які були створені, щоб відобразити цю небесну сферу, почали створювати ще давні греки, а перший глобус у формі, аналогічній сучасним глобусам, створили німецький вчений Йоханнес Шенер.

На даний момент збереглися лише два небесні глобуси Шенера, які є справжніми витворами мистецтва, що зображають сузір'я в нічному небі. Найстаріший приклад небесного глобуса, що зберігся, датується близько 370 р. до н.е.

9. Армілярна сфера.

Армілярна сфера — астрономічний інструмент, де кілька кілець оточують центральну точку — була далеким родичем небесного глобуса.

Існували два різні типи сфер — спостережна та демонстраційна. Першим із вчених, хто використовував подібні сфери, був Птолемей.

За допомогою цього інструмента можна було визначити екваторіальні чи екліптичні координати небесних тіл. Поряд з астролябією армілярна сфера використовувалася моряками для навігації протягом багатьох століть.

10. Ель-Караколь, Чічен-Іца

Обсерваторія Ель-Караколь у Чичен-Іці була побудована між 415 та 455 р. н.е. Обсерваторія була дуже незвичайною — у той час як більшість астрономічних інструментів були налаштовані на спостереження за рухом зірок або Сонця, Ель-Караколь (у перекладі «равлик») була побудована для спостереження за рухом Венери.

Для майя Венера була священна - буквально все в їхній релігії ґрунтувалося на культі цієї планети. Ель-Караколь, крім того, що був обсерваторією, також була храмом бога Кетцалькоатля.

Астроном Клавдій Птолемей, який працював в Олександрії у II столітті н. е., підбив підсумки робіт давньогрецьких астрономів, головним образам Гіппарха, а також власних спостережень і побудував досконалу теорію руху планет на основі геоцентричної системи світу Арістотеля.

Клавдій Птолемей (Κλαύδιος Πτολεμαῖος , Лат. Ptolemaeus), рідшеПтоломей (Πτολομαῖος, Ptolomaeus) (бл. 87-ок.165) - давньогрецький астроном, астролог, математик, оптик, теоретик музики та географ.У період із 127 по 151 рік жив у Олександрії, де проводив астрономічні спостереження.

Незважаючи на те, що Клавдій Птолемей – одна з найбільших постатей в астрономії пізнього еллінізму, про його життя та діяльність немає жодних згадок у сучасних йому авторів.

Зібрання астрономічних знань стародавньої Греціїі Вавилона Птолемей виклав у своїй праці «Велика побудова», більш відома під назвою "Альмагест"(До європейців його працю донесли араби, так звучить у перекладі з грецького «мегістос» - найбільший) - праця з 13 книг.

В «Альмагесті» викладено геоцентрична система світу, згідно з якою Земля знаходиться в центрі світобудови, а всі небесні тіла обертаються навколо неї.

В основі цієї моделі лежать математичні розрахунки, зроблені Євдоксом Кнідським, Гіппархом, Аполлонієм Пергським та самим Птолемеєм. А практичним матеріалом послужили астрономічні таблиці Гіппарха, який спирався, окрім грецьких спостережень, записи вавилонських астрономів.

Ключові положення, на яких будується система Птолемея

• Небозведення являє собою сферу, що обертається.
• Земля є кулею, розташованою в центрі світу.
• Земля можна вважати точкою проти відстанню до сфери нерухомих зірок.
• Земля нерухома.

Свої становища Птолемей підтверджує дослідами. Інших думок та поглядів не визнає.

Про рух світил

Кожна планета, згідно з Птолемеєм, поступово рухається по колу (епіциклу), центр якого рухається по іншому колу (деференту). Це дозволяє пояснити видиму нерівномірність руху планет і певною мірою зміна їхньої яскравості.

Для Місяця і планет Птолемей вводить додаткові деференти, епіцикли, ексцентрики і широтні коливання орбіт, у результаті становище всіх світил визначалося з незначною на той час помилкою - близько 1°. Це надовго забезпечило надійність обчислення планетних ефемерид (зіркові ефемериди - таблиці видимих ​​положень зірок). Але з теорії Птолемея відстань до Місяця та її видимий розмір мали сильно змінюватися, чого реально немає. Крім того, в рамках геоцентризму було незрозуміло, чому базовий період звернення по першому епіциклу для верхніх планет дорівнював році і чому Меркурій і Венера ніколи не відходять далеко від Сонця, обертаючись навколо Землі синхронно з ним.

Рух планети по деференту у Птолемея уявлявся рівномірним щодо центру деферента, а стосовно особливої ​​точці, симетричної з центром Землі щодо центру деферента.

Зоряний каталог

Птолемей доповнив зірковий каталог Гіппарху; число зірок у ньому збільшено до 1022. Положення зірок з каталогу Гіппарха Птолемей, мабуть, скоригував, прийнявши для прецесії ( прецесія- явище, у якому момент імпульсу тіла змінює свій напрямок у просторі під впливом моменту зовнішньої сили) неточне значення 1˚ століття (правильне значення ~1˚ за 72 року).

Відхилення руху Місяця

В "Альмагесті" міститься опис відкритого Птолемеєм явища відхилення руху Місяця від точного кругового. Він дає астрологічні характеристики про « нерухомих зірок » .

Астрономічні інструменти Птолемея

Тут же описані астрономічні інструменти, якими користувався Птолемей. армілярна сфера (астролабон)- інструмент визначення екліптичних координат небесних тіл, триквітрумдля вимірювання кутових відстаней на небі діоптрдля вимірювання кутових діаметрів Сонця та Місяця, квадрант та меридіанне колодля вимірювання висоти світил над горизонтом, та рівноденне кільце для спостереження часу рівнодень

Математичні завдання для астрономічних розрахунків

В «Альмагесті» вирішено деякі математичні задачі, що мали практичне значення для астрономічних розрахунків: побудовано таблицю хорд з кроком у півградуса, доведено теорему про властивості чотирикутника, відому нині як теорема Птолемея (Навколо чотирикутника можна описати коло тоді і тільки тоді, коли добуток його діагоналей дорівнює сумі творів його протилежних сторін).

Розрахункові методи Птолемея вавилонського походження: використовуються шістдесяткові дроби, повний кут ділиться на 360 градусів, введено спеціальний символ нуля для порожніх розрядів і т.д.

Для астрономічних розрахунків використовується рухомий давньоєгипетський календар із фіксованою довжиною року в 365 днів.

До появи геліоцентричної системи «Альмагест» залишався найважливішою астрономічною працею, книгу Птолемея вивчали та коментували у всьому цивілізованому світі. У VIII ст. вона була перекладена арабською мовою, а ще через століття вона дійшла і до середньовічної Європи. Геліоцентрична система світу Птолемея панувала в астрономії XVI століття, тобто. майже 15 століть.

Але його праця неодноразово зазнавала і критики, а в 1977 р. американський фізик Роберт Рассел Ньютон опублікував книгу «Злочин Клавдія Птолемея», в якій звинувачував Птолемея у фальсифікації даних, а також у видачі досягнень Гіппарха за свої.

Але вчені вважають ці звинувачення малообгрунтованими, оскільки аналіз даних, викладених Птолемеєм у праці «Альмагеста», показує, що значна їх частина, особливо найяскравіших зірок, належить самому Птолемею.

Інші праці Птолемея

Він написав трактат про музику « Гармоніка» , у якому створив теорію гармонії, у трактаті «Оптика» експериментально досліджував заломлення світла на кордоні повітря-вода і повітря-скло і запропонував свій закон заломлення (близько виконується лише для малих кутів), вперше вірно пояснив збільшення Сонця і Місяця на горизонті як психологічний ефект. У книзі «Четвірокнижжя» Птолемей підбив підсумок своїх статистичних спостережень про тривалість життя людей: так, літнім вважалася людина віком від 56 до 68 років, і лише після цього він вважався старим. у праці «Географія» він залишив докладний посібник зі складання атласу світу із вказівками точних координат кожного пункту.